Chips fluorescentes con una impresora de chorro de tinta

¿Quiere analizar rápidamente la sangre en busca de patógenos? ¿O alimentos en busca de toxinas? En el futuro, podrá hacerlo desde su hogar con la ayuda de un pequeño chip fluorescente y su smartphone. Para utilizar este método, se necesita una lámpara y un detector que, desde ahora, podrían imprimirse en grandes cantidades con una impresora de chorro de tinta. Los investigadores de Fraunhofer IOF explican esta técnica.

Laboratorio de bolsillo: Los nuevos sensores de fluorescencia imprimibles del Instituto Fraunhofer IOF esperan ofrecer una forma rápida y fácil de detectar marcadores de enfermedades en la sangre. Foto: Fraunhofer IOF.

¿Les suena la escena a la hora de comer? Un niño se toca el estómago y se queja de dolor de tripa. Los padres están desconcertados, y nada de lo que prueban del botiquín que tienen en casa surte efecto. ¿Puede ser que su hijo padezca celiaquía, intolerancia al gluten? Hasta ahora, habrían tenido que recurrir a un médico especialista para encontrar una respuesta a este tipo de preguntas. Sin embargo, a día de hoy, los investigadores de Fraunhofer tienen otra propuesta: una sencilla prueba en la que se añade una gota de sangre a un pequeño chip desechable, y se obtienen los resultados a través de una aplicación de smartphone en cuestión de minutos. Los investigadores quieren desarrollar este tipo de chips para detectar otras enfermedades, además de utilizarlos para reforzar la seguridad alimentaria; por ejemplo, detectando toxinas específicas.

Un grupo de investigadores del Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión IOF de Jena está desarrollando estos chips, en colaboración con socios de la industria. Los socios industriales proporcionan los chips, que cuentan con canales minúsculos. A continuación, los científicos del Instituto Fraunhofer equipan los chips con la óptica necesaria. “Imprimimos una lámpara y un fotodetector, utilizando una impresora de chorro de tinta convencional, pero ligeramente modificada”, explica Falk Kemper, investigador del Fraunhofer IOF. La clave está en que los investigadores usan un tipo especial de tinta que contiene polímeros fluorescentes o nanopartículas.

Así es como funcionan los chips: primero, uno de los padres añade al chip una gota de sangre de su hijo; a continuación, unos canales minúsculos situados en la superficie del chip guían la sangre para que se mezcle con unas moléculas de anclaje especiales y con un tinte fluorescente. Cuando se hace la prueba de celiaquía, la molécula de anclaje solo se une a los marcadores de la enfermedad celíaca; el resto de moléculas se filtran sin dificultad. Por su parte, el tinte fluorescente se adhiere a la parte superior del “bloque“formado por la molécula de anclaje y el marcador de la enfermedad. De nuevo, solo se une a los marcadores específicos de la enfermedad. En ese momento, la lámpara integrada hace que el tinte fluorescente brille. Dicho de otra forma, si el fotodetector”ve” la luz fluorescente, es porque se encuentra presente el marcador de la enfermedad y se puede diagnosticar que el niño es celíaco. En cambio, si el niño no padece la enfermedad celíaca, el colorante fluorescente no se une a las moléculas y, simplemente, se filtra. El chip continúa oscuro.

La lámpara y el detector se imprimen en el chip utilizando cuatro tintas especiales diferentes. “Tanto la lámpara como el detector tienen básicamente cuatro capas: un electrodo en la parte inferior, una capa de polímero activo, otro electrodo y, por último, una cuarta capa de filtro”, comenta Kemper. Cuando se hace pasar una corriente eléctrica a través de los electrodos de la lámpara, la capa de polímero se ilumina y emite luz. El problema consiste en que el detector no sabe si esa luz proviene de la lámpara o del tinte, que es donde entran los filtros. Por eso se coloca un filtro en la parte superior de la lámpara, que solo deja pasar la luz azul. Mientras tanto, el tinte se ilumina en amarillo, y el filtro del detector solo deja pasar la luz amarilla. Dicho de otro modo, el detector es ciego a la luz azul que excita la lámpara.

Hasta ahora, este tipo de pruebas de fluorescencia requerían un aparato relativamente amplio y costoso. “Al imprimir los chips con una impresora de chorro de tinta, estamos progresando hacia un modo rentable de producir sensores de fluorescencia de forma rápida y eficaz. Nuestro método también ahorra materiales y recursos, ya que aplicamos el material estrictamente donde se necesita”, afirma Kemper. Otra ventaja es que es tan rentable fabricar un solo chip como producirlos en grandes cantidades, utilizando una técnica roll-to-roll.

En la feria Compamed, que se celebró en Düsseldorf del 13 al 16 de noviembre, los investigadores del Instituto Fraunhofer presentaron los primeros prototipos de sensores de fluorescencia.